接觸電阻對傳感器采樣影響分析

何雨昂 徐志書 龍海峰 桑慶宏 樊茜

摘要

本文分析了在工程應(yīng)用中多余物對產(chǎn)品可靠性的影響，同時(shí)解釋了該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因;說明了一種多余物引入導(dǎo)致電子產(chǎn)品在特殊條件下發(fā)生故障的方式。

【關(guān)鍵詞】接觸電隊(duì) 傳感器 異常現(xiàn)象

1 引言

在伺服系統(tǒng)中，常使用電阻板片式位置傳感器采集伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動位置。當(dāng)該傳感器采樣出現(xiàn)擾動時(shí)，會導(dǎo)致位置伺服閉環(huán)控制異常。該異常現(xiàn)象隨位置伺服變化而變化，在伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作至行程最大值附近時(shí)，采樣誤差最為明顯;當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作至行程最小值附近時(shí)，基本檢測不到采樣誤差。本文針對以上現(xiàn)象進(jìn)行分析，得出該現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。

2 伺服系統(tǒng)組成及異常現(xiàn)象

伺服系統(tǒng)控制永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動絲杠伸縮，實(shí)現(xiàn)位置伺服控制。其原理框圖如圖1所示。

由圖1可以看出，伺服系統(tǒng)由電流傳感器構(gòu)成內(nèi)環(huán)控制;由旋轉(zhuǎn)變壓器構(gòu)成中間環(huán)控制;由位置傳感器構(gòu)成外環(huán)控制。內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的出力穩(wěn)定，中間環(huán)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，外環(huán)實(shí)現(xiàn)位置伺服的精確控制。

若異常存在時(shí)，伺服控制驅(qū)動器在振動環(huán)境下工作，會出現(xiàn)線位移反饋在某些位置抖動的現(xiàn)象，同時(shí)伺服系統(tǒng)工作電流增大，母線電壓出現(xiàn)波動。該現(xiàn)象如圖2所示。

伺服控制驅(qū)動器控制機(jī)電作動器在兩個正弦曲線的運(yùn)動過程中，控制驅(qū)動器全程均在振動環(huán)境下，但僅在兩個正半周出現(xiàn)明顯采樣異常現(xiàn)象。

3 原因分析與計(jì)算

伺服作動器的線位移通過線位移傳感器采集實(shí)際運(yùn)動位置，供電使用10V，為提高傳感器線性度，在傳感器機(jī)械零位增加5V電源。出現(xiàn)該異常現(xiàn)象是由于10V電源連接器位置存在多余物。伺服控制驅(qū)動器的電連接器若引入多余物，在靜態(tài)下往往不易發(fā)現(xiàn)，但在振動環(huán)境下，該多余物會導(dǎo)致連接器的接觸電阻在振動過程中增大。伺服控制驅(qū)動器位置傳感器的硬件連接關(guān)系如圖3所示。

如圖3所示，當(dāng)電刷采集到的電壓為Ux時(shí)，由歐姆定律可知：因此，推導(dǎo)U_x的關(guān)系式為：

若不存在ΔR時(shí)，其電壓U_x2為：

由于ΔR為異常接觸電阻，其數(shù)值可變，因此在接觸良好的條件下不存在ΔR，此時(shí)波動電壓ΔUx與電阻的關(guān)系式為：

經(jīng)過簡化為：

由以上關(guān)系式中，R為電位計(jì)電阻，可認(rèn)為其為恒值ΔR為接觸電阻，可認(rèn)為其為恒值。因此可以得出結(jié)論：因接觸電阻ΔR變化產(chǎn)生的誤差電壓ΔUx的大小，與電刷采集的電阻Rx成正比關(guān)系。

4 計(jì)算驗(yàn)證

極限工況1：電刷位置接近線位移板片端頭時(shí)，即Rx約為R，同時(shí)設(shè)電阻R為1KΩ，假定ΔR為10Ω。

極限工況2：電刷位置接近線位移板片中間位置，假定即Rx約為10Ω，假定ΔR為10Ω。

將以上兩個工況分別帶入ΔUx的關(guān)系式，得出的結(jié)果如表1所示。

由以上計(jì)算可以直觀地看出，當(dāng)線位移傳感器的電刷接近中間值時(shí)，由于接觸電阻導(dǎo)致的誤差電壓不足1mV，但當(dāng)線位移傳感器的電刷接近最大值，此時(shí)所測量的電壓僅增大約1倍，但此時(shí)誤差電壓增大了兩個數(shù)量級。因此，從原理上可以證明當(dāng)電刷接近最大值時(shí)，所采集的誤差電壓明顯增大的故障現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過以上分析，證明電子產(chǎn)品在對接面產(chǎn)生多余物在一定的條件下會導(dǎo)致異常現(xiàn)象，該現(xiàn)象僅與供電回路中一個網(wǎng)絡(luò)的阻抗相關(guān)。

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